本文關(guān)鍵詞：草甸草原土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與多樣性對(duì)增氮增雨的響應(yīng)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《東北師范大學(xué)》 2015年

草甸草原土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與多樣性對(duì)增氮增雨的響應(yīng)

孫盛楠  

【摘要】：大氣氮沉降持續(xù)增加和降水格局的改變將會(huì)嚴(yán)重影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能,特別是在受氮、水資源限制的草原生態(tài)系統(tǒng)。作為土壤生物地球化學(xué)循環(huán)中最核心環(huán)節(jié)的土壤微生物群落,參與調(diào)節(jié)各個(gè)尺度的生態(tài)系統(tǒng)過程,受土壤營(yíng)養(yǎng)、水分的影響很大。但是,目前關(guān)于草地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與多樣性對(duì)氮沉降和降水格局改變的響應(yīng),尤其是對(duì)氮、水增加所產(chǎn)生的交互作用的研究還存在很多空白和不確定性。本研究以中國(guó)北方草甸草原作為研究對(duì)象,該類型草原位于歐亞大陸草原帶東端,屬于干旱與半干旱草原生態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)模型預(yù)測(cè),該地區(qū)未來的大氣氮沉降量和降水量都將呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。因此,研究該地區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)對(duì)氮沉降增加和降水格局改變的響應(yīng),對(duì)于預(yù)測(cè)和評(píng)估全球變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響具有重要的意義。此外,不同植被類型對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響具有很大差異,為了獲取更全面的信息,我們分別選取了羊草草甸草原和貝加爾針茅草甸草原作為實(shí)驗(yàn)樣地。在羊草草甸草原,選取兩種植物群落(虎尾草群落和雜類草群落)進(jìn)行單獨(dú)增氮實(shí)驗(yàn);在貝加爾針茅草甸草原,設(shè)置了增氮增雨交互處理的實(shí)驗(yàn)。從影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與多樣性的土壤因子、植物因子到植物-土壤-微生物三者的相互作用關(guān)系,系統(tǒng)研究了增氮增雨影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的途徑,比較了兩種草甸草原土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性對(duì)氮水異質(zhì)性的響應(yīng)策略,并探討了年際間自然降水的波動(dòng)對(duì)土壤微生物群落影響的重要性。這些研究完善了干旱半干旱地區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化的響應(yīng)機(jī)制,對(duì)維持生物多樣性及保護(hù)草地生態(tài)系統(tǒng)功能具有重要的理論價(jià)值。本研究主要采用聚丙烯酰胺變性梯度凝膠電泳(DGGE)和磷脂脂肪酸分析(PLFA)法研究了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及土壤細(xì)菌群落多樣性。得到的主要結(jié)果及結(jié)論如下:(1)羊草草甸草原和貝加爾針茅草甸草原的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌群落均屬變形菌門(Proteobacterium)和厚壁菌門(Firmicutes)。當(dāng)環(huán)境條件(土壤養(yǎng)分或植被類型)發(fā)生變化時(shí),土壤中微生物量碳、各類群脂肪酸含量、真菌與細(xì)菌的比例以及細(xì)菌群落多樣性會(huì)隨之發(fā)生變化。然而,無論是增氮還是增雨,都沒有顯著改變草甸草原土壤中細(xì)菌優(yōu)勢(shì)類群。這說明全球變化下細(xì)菌可能具有較強(qiáng)的維持自身群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的能力。同時(shí),細(xì)菌群落的穩(wěn)定性與植物多樣性密切相關(guān),穩(wěn)定的植物-微生物互作關(guān)系也為維持全球變化背景下草原生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力水平奠定了基礎(chǔ)。(2)在羊草草甸草原,虎尾草群落下的土壤微生物量隨施氮梯度增加而降低,細(xì)菌群落多樣性沒有明顯變化;但是在雜類草群落,土壤微生物量和細(xì)菌群落多樣性隨著氮素的添加而逐漸增加,當(dāng)?shù)剡^量時(shí)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。在貝加爾針茅草甸草原,增氮和增雨對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和細(xì)菌群落多樣性有顯著的交互作用。但是,當(dāng)增氮增水同時(shí)進(jìn)行時(shí),氮的效應(yīng)會(huì)因被水的效應(yīng)掩蓋而變?nèi)�。因�?預(yù)計(jì)未來持續(xù)增加的降水可能掩蓋或削弱大氣氮沉降對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)的某些負(fù)面影響。(3)在羊草草甸草原,土壤微生物量和細(xì)菌群落多樣性與植物群落組成密切相關(guān),尤其是與樣地中的優(yōu)勢(shì)種和主要伴生種(如豬毛蒿、達(dá)烏里胡枝子等),當(dāng)這些植物物種的相對(duì)重要值或地上生物量增加時(shí),土壤細(xì)菌多樣性也隨之增加。大部分的土壤細(xì)菌群落是與植物群落中那些優(yōu)勢(shì)物種或者特定的功能群相互依存,而不是那些隨著長(zhǎng)期氮素的添加而逐漸減少,甚至消失的偶見種。因此,我們認(rèn)為存在一些對(duì)土壤微生物群落表現(xiàn)為冗余作用的植物物種,這些物種的增加或減少對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)的影響不大。全球變化導(dǎo)致的草地生態(tài)系統(tǒng)植物多樣性降低可能不是影響草地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與多樣性的主要因素。(4)在貝加爾針茅草甸草原,土壤微生物群落結(jié)構(gòu)主要受土壤理化性質(zhì)影響,如土壤水分、速效氮以及p H值。施氮和增水的處理是通過直接改變土壤中速效氮含量,進(jìn)而改變土壤中p H環(huán)境而間接改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。通過結(jié)構(gòu)方程模型的分析,本研究證實(shí)了影響貝加爾針茅草甸草原土壤微生物群落的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子是土壤p H值。與羊草草甸草原研究結(jié)果的差異性暗示了在相同的全球變化背景之下,不同草原類型土壤微生物群落的響應(yīng)機(jī)制明顯依賴于不同草原植被類型的差異。(5)在貝加爾針茅草甸草原,2011年和2012年的年際降水量差異顯著,而土壤微生物群落結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)較大的年際波動(dòng),表現(xiàn)為在干旱年份對(duì)土壤水分增加更為敏感,而在濕潤(rùn)的年份對(duì)于增雨處理沒有明顯變化。這說明土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化主要受年均降水量的影響,即依賴于該地區(qū)的降水格局變化,自然降水量的波動(dòng)造成的干濕環(huán)境交替對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響甚至超過實(shí)驗(yàn)處理對(duì)微生物群落的影響。自然降水的年際間劇烈波動(dòng)將改變甚至徹底打破緩慢而持續(xù)的大氣氮沉降和增加降水條件下土壤微生物對(duì)全球變化的響應(yīng)過程與機(jī)制。本研究通過研究增氮增雨及其交互作用對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和細(xì)菌群落多樣性的影響,探討了不同植被類型下土壤微生物群落對(duì)氮水異質(zhì)性的響應(yīng)機(jī)制,獲得了更為全面的關(guān)于草甸草原土壤微生物對(duì)氮沉降增加和降水格局改變的響應(yīng)策略,具有重要的生態(tài)意義。同時(shí),本研究還強(qiáng)調(diào)了自然降水在年際間的波動(dòng)對(duì)土壤微生物群落影響的重要性,說明草甸草原的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)程主要依賴于該地區(qū)的降水格局的變化。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S812.2
【目錄】：

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【參考文獻(xiàn)】

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8 王能飛;南北極近岸土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)分析[D];中國(guó)海洋大學(xué);2014年

9 韓雪梅;地上植物、地球化學(xué)元素及電池污染對(duì)土壤微生物群落特征的影響[D];山東大學(xué);2007年

10 林貴兵;丹參栽培土壤適宜性微生物群落結(jié)構(gòu)研究[D];成都中醫(yī)藥大學(xué);2010年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 任海峰;小隴山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)土壤微生物群落特征及化學(xué)性質(zhì)研究[D];西北師范大學(xué);2012年

2 張盈;殺菌劑氟吡菌酰胺對(duì)土壤微生物群落多樣性的影響[D];湖南農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

3 樊奔;土壤宏基因組文庫(kù)構(gòu)建與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)指示方法的初步建立[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2003年

4 焦曉丹;利用RAPD技術(shù)研究設(shè)施不同種植年限土壤微生物多樣性[D];東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2004年

5 鄭丹;施肥對(duì)有機(jī)生產(chǎn)梨園土壤微生物群落多樣性的影響[D];北京農(nóng)學(xué)院;2008年

6 單鶴翔;長(zhǎng)期秸稈與化肥配施條件下土壤微生物群落多樣性研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2012年

7 李文華;潮灘濕地植物—微生物對(duì)磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化影響的研究[D];中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院;2013年

8 宋曉霞;人參土壤微生物群落結(jié)構(gòu)研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2009年

9 馬旭;熏蒸劑對(duì)土壤微生物群落多樣性的影響及其方法學(xué)研究[D];成都理工大學(xué);2010年

10 謝紅薇;熏蒸劑對(duì)土壤微生物群落的影響[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2012年

  本文關(guān)鍵詞：草甸草原土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與多樣性對(duì)增氮增雨的響應(yīng)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：199116